[네트워크] 데이터 통신의 기초 : 데이터는 어떻게 전달될까?

1. 데이터는 어떻게 전달될까?

우리가 보내는 메시지, 사진, 동영상 등 모든 데이터는 실제로 네트워크를 통해 패킷(Packet)이라는 작은 조각으로 나뉘어 전달된다.

1-1. 단말과 패킷

• 단말(Device): 데이터 송수신을 하는 컴퓨터, 스마트폰, 게임기 등 모든 네트워크 장치
• 패킷(Packet): 네트워크를 통해 전송되는 데이터의 기본 단위, 데이터와 함께 목적지 정보를 포함

 

1-2. 패킷이 네트워크를 거치는 과정

1. 데이터를 패킷으로 분할
   단말은 큰 데이터를 여러 작은 패킷으로 쪼갠다.
2. 패킷에 주소 정보 부여
   각각의 패킷에는 수신자의 IP 주소와 포트 번호가 포함되어 목적지를 지정한다.
3. 중간 장비 경유
   패킷은 케이블, 스위치, 라우터 등 네트워크 장비를 거쳐 수신자 단말로 전달된다.
4. 수신자 단말에서 재조립
   수신 단말에서는 쪼개진 패킷을 받아 원래의 데이터로 조립한다.

1-3. IP 주소와 포트 번호란?

• IP 주소(IP Address): 인터넷 상에서 단말을 식별하는 고유 주소 (예: 192.168.0.1)
• 포트 번호(Port Number): 단말 내 특정 애플리케이션(프로그램)을 식별하는 번호 (예: 웹 서버는 80번 포트)

1-4. 네트워크 용어 비유

패킷	택배 상자 (데이터 조각)
IP 주소	집 주소
포트 번호	그 집 안의 특정 사람 혹은 부서

즉, “서울 강남구 123번지(=IP주소) 영희네 집 포장마차(=포트 번호)에 택배(=패킷)를 보낸다”는 개념이다.

 

2. 패킷 유실이란?

네트워크 환경이 항상 완벽할 수는 없다.

• 라우터, 허브 등의 네트워크 장비가 고장나거나 과부하가 걸리면 패킷이 사라질 수 있다.
• 네트워크에 갑자기 몰리는 데이터량이 처리 용량을 초과할 경우 일부 패킷은 버려지기도 한다.

이처럼 패킷이 중간에 사라지는 현상을 패킷 유실(Packet Loss)이라고 한다.

2-1. 패킷 유실이 왜 문제인가?

• 데이터가 온전하게 도착하지 않으면 콘텐츠가 깨지거나 끊김 현상이 생긴다.
• 특히, 온라인 게임이나 영상 스트리밍 등 실시간 서비스에서 심각한 품질 저하를 불러온다.

 

3. 프로토콜(Protocol) : 통신 약속

네트워크에서는 단말끼리 소통하기 위한 공통된 규칙이 필요하다. 이걸 프로토콜(Protocol)이라고 부른다.

3-1. 택배 시스템으로 이해하는 프로토콜

택배회사가 안전하게 짐을 보내기 위해 포장 방법, 주소 쓰는 법, 배송 확인 절차 같은 규칙을 만드는 것과 같다.

4. TCP와 UDP - 두 프로토콜의 차이

인터넷에서 가장 많이 쓰이는 두 프로토콜은 바로 TCP와 UDP이다.

4-1. TCP — 신뢰성 최우선 프로토콜

TCP는 데이터가 확실하게 전달되어야 한다는 보증을 최우선으로 한다.

🔹 TCP 동작 원리

• 애플리케이션에서 받은 데이터를 세그먼트로 나눠서 전송한다.
• 수신자가 받은 세그먼트를 모두 모아서 원래 데이터로 재조합한다.
• 수신자는 받았다는 확인(ACK) 신호를 송신자에게 보낸다.
• 만약 확인 신호가 일정 시간 안에 도착하지 않으면, 송신자는 그 데이터를 다시 보낸다.

🔹 TCP 장점

데이터 전달 보장	데이터가 꼭 도착하도록 재전송과 확인을 수행
데이터 순서 보장	패킷이 중간에 순서가 바뀌어도 재조합 시 맞춤
네트워크 혼잡 제어	네트워크 과부하 시 전송량을 조절

🔹TCP 단점

• 프로토콜 자체가 복잡해 처리 속도가 느리고 지연(Latency)이 발생한다.
• 재전송으로 인한 지연 때문에, 실시간 게임이나 영상 스트리밍에는 적합하지 않을 때가 많다.

 

4-2. UDP — 빠름이 최우선 프로토콜

UDP는 TCP와 다르게, 속도와 간단함에 집중한다.

🔹UDP 동작 원리

• 데이터를 패킷으로 만들어 보내고 끝이다.
• 상대방이 받았는지 확인하지 않으며, 재전송도 하지 않는다.
• 도중에 패킷이 사라져도 그냥 무시한다.

🔹UDP 장점

전송 속도 빠름	확인 절차가 없어 지연이 적음
구현이 간단	처리 로직이 단순해 CPU 부담 적음

🔹UDP 단점

• 데이터가 유실될 수 있고, 순서가 바뀔 수 있다.
• 신뢰성이 필요한 서비스에는 부적합하다.

 

5. TCP 재전송 타임아웃(RTO)과 네트워크 지연

TCP는 패킷을 보내고 일정 시간 내에 확인 응답이 없으면 다시 보낸다. 이때 이 시간을 재전송 타임아웃(RTO)라고 부른다.

• 만약 계속 재전송이 필요하면, RTO는 점점 길어진다(두 배씩 증가).
• 게임처럼 빠른 응답이 필요한 환경에서는 이 대기 시간이 큰 단점이 될 수 있다.

 

6. 마무리

• 데이터는 패킷이라는 단위로 나뉘어 IP주소와 포트 번호를 품고 전송된다.
• 패킷은 라우터, 스위치 등 네트워크 장비를 거쳐 목적지에 도착한다.
• 패킷 유실은 네트워크 특성상 피할 수 없는 현상이다.
• 프로토콜은 이러한 환경에서 데이터 전달을 관리하는 중요한 약속이다.
• TCP는 안정성과 신뢰성이 뛰어나고, UDP는 빠르고 간단한 대신 신뢰성은 낮다.
• RUDP처럼 둘을 섞은 새로운 프로토콜도 연구되고 있다.

 

앞으로 더 깊이 들어갈 주제

• 라우터와 스위치가 하는 역할
• 네트워크 지연(Latency)과 대역폭(Bandwidth) 이해하기

실제 패킷 분석과 네트워크 트래픽 모니터링 방법